Как сделать постоянный ток потребления в диапазоне pA-nA

8

Передо мной стоит задача сделать постоянный ток для испытательного устройства. Он должен выдавать 4 отдельных значения: -10pA -100pA -1nA -10nA. Мне нужно, чтобы ток длился не менее 10-20 секунд, желательно до 100 секунд, если это возможно. Эти значения тока очень малы, поэтому я не смогу использовать простое зеркало тока с транзисторами.

Причина, по которой мне нужно сделать это устройство, состоит в том, что он должен быть намного меньше, чем инструмент для тестирования, думать как портативный компьютер, и работать только для этих конкретных текущих значений. Я тоже не знаю нагрузку, это источник, это не имеет значения?

Пока что все, что я придумал, это использовать линейное изменение напряжения для зарядки конденсатора (Ic = C dv / dt), чтобы он мог выводить ток. Я бы использовал механический переключатель для изменения значения емкости, чтобы время линейного изменения оставалось неизменным, а ток можно было менять между 4 значениями. Форма волны должна быть пилообразной, чтобы ее скорость возрастала через ~ 1 секунду. Я не знаю, как сделать пилообразный или любой другой пандус напряжения, и мне нужно, чтобы он был линейным, чтобы получить нужный ток из крышки.

Пожалуйста, дайте мне любые предложения и задавайте вопросы о том, что еще я забыл вам сказать, я хотел бы выяснить это в ближайшее время.

РЕДАКТИРОВАТЬ: надеюсь, это немного яснее

Алекс К
источник
4
Ваш заголовок спрашивает , как сделать постоянный ток источника и текст говорит , что вы хотите сделать тестер для устройства , которое выдает ток , который означает , что он Sourcing тока тоже. Что он? При чем тут рампа? Пожалуйста, исправьте вопрос. Было бы неплохо дать некоторый контекст, чтобы мы могли понять, что вы действительно пытаетесь сделать.
Транзистор
1
Вы должны показать схему. У меня есть сомнения относительно использования линейного изменения напряжения, я не вижу, как это будет работать, поэтому покажите схему. Вам также следует изучить, как другие конструкции (например, измерительное оборудование) делают это, вместо того, чтобы пытаться создать собственное решение, что особенно верно, если вы неопытны в области и / или схемотехнике.
Bimpelrekkie
4
Источник тока (или приемник) может быть сделан с операционным усилителем с низким Ib. В диапазоне, о котором вы говорите, это не особенно сложно (в чистой лаборатории при комнатной температуре). Но там много слов, которые мутят воду. Может быть, попытаться быть более ясным?
Спехро Пефхани
2
Да, похоже, у вас есть какая-то идея (кажется, с помощью источника питания для зарядки конденсаторов), как решить эту проблему, но на самом деле вы обнаружите, что источники напряжения по своей природе не легче построить, чем источники тока, и трудно создавать небольшие точные конденсаторы, а создание чего-либо с механическими переключателями, в которых паразитная емкость платы и компонентов не играет большой роли в диапазоне рА, является еще более сложной задачей. Итак, возможно, опишите, что вы хотите решить более подробно, а затем, четко обозначив и разделив, расскажите о своем текущем подходе.
Маркус Мюллер
1
Вы знаете, какой у вас груз?
Пик напряжения

Ответы:

7

У Linear есть примечание к приложению Precision Nanoamp Bidirectional Current Source, которое может представлять интерес.

введите описание изображения здесь

Рисунок 1. Эта схема с высокой точностью потребляет и потребляет наноамперы тока из-за низкого входного тока смещения ОУ CMOS. Буферный разностный усилитель и интегратор вынуждают напряжение на резисторе, установленном на 10 мОм, равным 1/1000 управляющего входного напряжения в любой полярности.

Сложно сказать, подходит ли это для вашего приложения, из-за отсутствия предоставленной информации. Преимущество заключается в том, что не требуется генерация линейного изменения или точные конденсаторы.

транзистор
источник
ошибка составляет около 10 пА ... это то, сколько тока мне понадобится на нижнем конце. Может ли он быть модифицирован для вывода этого небольшого тока?
Алекс К
Я не имею ни малейшего представления, кроме как на уровнях, которые вас интересуют, что входной импеданс операционных усилителей будет критическим, но у вас также будет такая проблема с интегратором. В моем поиске я нашел источник тока Femto ampere, который должен облегчить ваши проблемы.
Транзистор
2
@AlexK хорошо, в какой-то момент вы столкнетесь с проблемами точности из-за токов смещения и изменений температуры, и еще много чего, но обязательно увеличьте это 10 МОм. Обратите внимание, что в какой-то момент вам действительно нужно начать думать о РЧ-индукции и тому подобном, потому что входные каскады операционных усилителей неизбежно имеют некоторые выпрямительные характеристики, и все становится уродливым, когда вы накладываете выпрямленный РЧ на ток pA, даже если ваш нагрузка не заботится о самой RF.
Маркус Мюллер
@AlexK Вы можете использовать лучший операционный усилитель, некоторые доступны с максимальным Ib 25fA при комнатной температуре, однако максимальное напряжение питания меньше, а Vos выше. Увеличение 10М до 100М - хорошая идея.
Спехро Пефхани
1

Cnsider это

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Предположим, 0,5 В Vbe для Ic = 1 мкА, для X = 1 площадь излучателя. Предположим, что N (коэффициент идеальности диода) остается равным 1, затем при 10 пА или 100 000 ниже, чем 1 мкА, Vbe будет ниже на 0,058 Вольт за десятилетие * log10 (100 000) или

Vbe (10 пА) = 0,500 - (0,058 В * 5) = 0,500 - 0,290 = 0,210 В

который будет Vbe Q1. Предполагая, что оба транзистора имеют площадь x1 (они остаются одинакового размера), Vbe Q2 по-прежнему составляет 0,5 вольт. База Q1 находится на 0,500 вольт, а излучатель Q1 составляет 0,290 вольт. Это 0,290 вольт на резисторе R10 МомОм от Эмиттера до GND. Ток через R1 составляет 100 наноампер / вольт или 29 наноампер.

Нам нужно уменьшить этот ток более чем в 1000 раз до запрошенных 10 пиковых ампер.

Один из способов добиться этого - использовать резистивный делитель между вершиной Q1 и основанием Q2. Но это клуге.

Часть задачи, для любой точности, составляет 10pA * 10MegOhm 1e-11 * 1e + 7

или 1e-4 = 100 мкВ.

Поэтому я думаю, что вы можете использовать операционные усилители для генерации тока в 1 наноампер и подавать его в 100: x текущий копировальный-разделитель, таким образом

схематический

смоделировать эту схему

Вот теория Widlar Current Mirror и примеры. Возможно, полезно.

https://en.wikipedia.org/wiki/Widlar_current_source

analogsystemsrf
источник
Не могли бы вы добавить еще несколько комментариев, как это будет работать? Я не могу запустить эту симуляцию.
Алекс К
1
При необходимости отрегулируйте Itol симулятора. Также проверьте, какой фактор N используется в Ic = e ^ (qv / Nkt). Может быть, модель имеет переключатель между N = 1 и N = 2 между 1uA и 10pA.
analogsystemsrf